דוגמה לכנף של מטוס הסופרמרין ספיטפייר. המטוס היה חד כנפי עם כנף בהתקנה נמוכה, הכנפיים היו ישרות ואליפטיות, עם מנת ממדים בינונית ובעלת אנהדרל.
בתעופהתצורת כנף הוא בין הגורמים המרכזיים בביצועיכלי-טיס מסוג כנף קבועה. ישנם הרבה משתנים בתצורת כנף כגון כמות הכנפיים, אופן ואזור ההתקנה, הצורה הגאומטרית, גודל ויחס שטח הכנף למשקל. אמצעים שונים משמשים לשיפור ביצועי כלי הטיס במשטרי טיסה שונים ובפרט בהמראה ונחיתה.
בעשורים הראשונים אחרי הטיסה הראשונה של האחים רייט המנועים הקנו ביצועים מאד צנועים ולא הקנו דחף רב. בשל כך היה צורך להקטין את עומס הכנף, זה דורש שטח פנים גדול, אבל החומרים הבסיסיים ששימשו לתעופה היו בעיקר קורותעץ דקות ובד ולכן הכנפיים לא היו יכולות להיות ארוכות מספיק. במקום זאת הפתרון המועדף היה התקנה של מספר כנפיים אחת מעל השנייה עם מבנה תומך של קורות וכבלים.
חד-כנפי
דו-כנפי
מאפיינים
מאפיינים
מטוסים חד כנפיים הפכו לפופולריים יותר ככל שביצועי המנועים והחומרים התעופתיים השתפרו. התקנה זאת מאפשרת גרר מינימלי ומהירויות טיסה גבוהות יותר. זאת, הן מכיוון שיש רק כנף אחת והן מפני שהכנף דורשת הרבה פחות תמיכה מבנית בצורת קורות וכבלים.
זהו הפתרון הפופולרי בשלבים הראשונים של התעופה. פתרון זה הקנה את העילוי המיטבי יחסית למהירות שהמטוס היה צפוי לטוס בו.
עם זאת, הגרר המושרה במהירויות נמוכות והגרר הטפילי במהירויות גבוהות היו משמעותיים ובפועל הפכו למעמסה ככל שביצועי המנוע השתפרו.
מטוסים תלת כנפיים מציעים תמרוניות גבוהה יותר יחסית למטוסים דו כנפיים, אבל גם גרר גבוה יותר. סוג זה של מטוסים זכה לתקופה קצרה של פופולריות במלחמת העולם הראשונה, אבל אז הוחלף במטוסים דו כנפיים עם מנועים משופרים.
ההגיון מאחורי המטוסים הארבעה כנפיים דומה לזה של תלת כנפיים, אבל גם כשנבנו מספר דגמים כאלה, הם מעולם לא נכנסו לשירות פעיל.
מטוס מרובה כנפיים אפיין ניסיונות תעופה מוקדמים והשיא היה מטוס עם 200 כנפיים נפרדות שטס ב-1907. הכנפיים נטו להשפיע על הלחץ והזרימה אחת של השנייה, והמטוס נטה להיות מסורבל ולא יציב עם ביצועים מאד צנועים ומטוסים חד, דו ותלת כנפיים הציגו ביצועים עדיפים, ולכן מטוסים מרובי כנפיים מעולם לא נכנסו לשירות.
מטוסים חד כנפיים מאפשרים התקנת זוג הכנפיים בגבהים שונים בגוף המטוס בהתאם לדרישות הביצועים והמשימה.
התקנה נמוכה - כנף תחתית
התקנה מרכזית - כנף מרכזית
התקנת כתף
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
התקנה נמוכה של הכנפיים מאפשרת בניית תיבת כנף - החלק המבני התומך בכנפיים עצמן - מקושר בין שתי הכנפיים. בנוסף, מפני ששאר המבנה של המטוס מורכב על גבי תיבת הכנף, מפני שכוח הג'י הצפוי למטוס הוא לרוב חיובי (דהיינו פועל כלפי גחון המטוס) החיבור והתמיכה שהמבנה דורש היא קטנה יחסית למטוסים אחרים, מה שחוסך במשקל. זה גם מאפשר עגינה של כני הנסע בתיבת הכנף שלרוב מהווה את המרכיב המבני המרכזי של המטוס. עם זאת צורת התקנה זאת מתאפיינת בחוסר יציבות מסוימת מפני שהגוף המונח על גבי הכנף, במהלך הפנייה, יטה למשוך את הכנף הגבוהה כלפי עצמו ולהחריף את הגלגול. בשביל לפצות על זה ברוב המקרים הכנפיים יוטו מעלה.[1] החל משנות ה-30 במטוסי בוכנה הועדפה התקנה זאת, והיא בלטה במטוסי קרב.
התקנה אמצעית מתאפיינת בכך שכל המבנה המרכזי של המטוס נבנה מראש בשביל לתמוך בכנפיים ותיבת הכנף בעצם מהווה את ההיקף של הגוף ולעיתים דורש מעין הארכה, או הוצאה של תיבת הכנף החוצה מהגוף. זה מצריך חיזוק משמעותי, מה שמעלה את משקל הגוף. עם זאת זה מקנה את הגרר המינימלי יחסית לצורות התקנה אחרות, מפני שיש פחות גורמי הפרעות למיניהם.[2]
התקנת כתף מוגדרת כהתקנה גבוהה בגוף המטוס, אך אינה גבוהה מכל המרכיבים שלו. התקנה זאת מאפשרת בניית תיבת כנף חזקה, אך מפני שהגוף תלוי על גבי הכנפיים היה צורך בחיזוק התמיכה בגוף, עם זאת צורת התקנה זאת מתאפיינת ביציבות יחסית, מפני שהגוף התלוי מתחת הכנפיים בפנייה, כמו משקולת, ימשוך את הכנף הגבוהה מטה וישאף לאזן את הכנפיים. בנוסף צורת התקנה זאת מאפשרת שימוש בכני נסע קטנים יחסית להתקנות נמוכות יותר במיוחד במטוסים גדולים וכבדים.
התקנה גבוהה מוגדרת כהתקנה בחלק העליון ביותר של הגוף, כאשר אין גורם אחר מעליו (פרט משטח מייצב כיוון). בדומה להתקנת כתף דורשת תמיכה גדולה יחסית של הגוף על ידי תיבת הכנף, והיא גם מתאפיינת ביציבות גדולה אף יותר מהתקנת כתף בשל הזרוע הארוכה יותר של הגוף הטלוי כולו מתחת לכנף.[3] התקנה זאת מאפשרת הפרדה גדולה של הכנף מהקרקעת מה ששימושי במטוסים בהם מותקנים על גבי הכנפיים מנועים עם מדחף הדורשים הפרדה מהקרקע. זה גם מאד שימושי במטוסים להצנחה, מכיוון שהצנחנים מסוגלים לקפוץ מצדדי המטוס מבלי לחשוש מפגיעה בכנפיים. בנוסף צורת התקנה זאת מאפשרת שימוש בכני נסע קטנים יחסית להתקנות נמוכות יותר.
התקנת שימשייה מוגדרת ככנף המותקנת מעל הגוף ומחוברת אליו על ידי קורות תמיכה. התקנה זאת מאפיינת מטוסי אולטרהלייט המשתמשות בגלשן אוויר ככנף. זה גם הכינוי לכנף העילית במטוסים דו כנפיים. התקנה זאת מתאפיינת בדומה להתקנה גבוהה ביציבות גבוהה בגלל הזרוע הארוכה יותר של הגוף התלוי מתחתיו, אבל התקנה זאת דורשת תמיכה חיצונית ומשמעותית בכנפיים, מה שמגדיל את משקל כלי הטיס ואת הגרר.
במטוסים דו-כנפיים אורכי הכנפיים יכולים להיות שונים ולעיתים קיצור הכנפיים נבחר בשביל להשפיע על הגרר או היציבות.
מוטה זהה
מוטה שונה
ססקיפלן
ססקיפלן הפוך
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
העיצוב הבסיסי ביותר, מצטיין בעילוי במהירות נמוכה אבל גם בעל גרר ומשקל גבוהים יחסית.
לעיתים נבחר בשביל הקטנת המשקל והגרר של המטוס.
ססקיפלן משמעותו "כנף וחצי" כאשר הכוונה שהכנף התחתונה קצרה משמעותית מהכנף העליונה. משמשת להקטנת משקל הכנפיים, הקטנת הגרר אבל גם מצטיינת ביציבות גבוהה יחסית.
ססקיפלן הפוך מוגדר כמטוס דו-כנפי שהכנף העליונה קצרה משמעותית מהתחתונה, בעלת תכונות דומות לססקיפלן רגיל, פרט ליציבות נמוכה יותר.
במטוסים מרובי כנפיים דירוג משמעותו כאשר הכנפיים לא נמצאות בדיוק אחת מעל לשנייה. זה מונע מאוויר בלחץ גבוהה בתחתית הכנף מלהתערבב עם אוויר בלחץ נמוך מכנף מתחתיה. במטוסים דו ותלת-כנפיים בהם יש הפרדה משמעותית בין דרגות הכנפיים היתרון שזה מקנה הוא זניח, ולכן משמש בעיקר בשביל לאפשר גישה לגוף המטוס, מבחינה תפעולית או הנדסית.
כנפיים מצטלבות אופייניות לרקטות או כלי טיס ייחודיים שבהם הכנף משמשת כמשטח זנב.
כנף X היא ניסיון לגשר בין ביצועי מסוקים ומטוסים. בהמראה ונחיתה הכנף היא רוטור סטנדרטי, מסתובב בשביל לייצר עילוי אנכי, אבל אחרי המראה הרוטור עוצר והופך לכנף קשיחה. הקונספט לא נכנס לייצור סדרתי בגלל קשיים הנדסיים מסוימים אבל נוסה במספר כלי טיס.
כנף שלוחה היא כנף הכוללת את כל התמיכה המבנית בתוך גוף המטוס והכנף, דורש חומרים ומבנה חזק וכבד יחסית, אבל חוסך בגרר בשל שטח הפנים המוקטן. מאפיין בדרך כלל את המטוסים החד כנפיים.
תמיכה על ידי קורות מאפשרת כנף קלה ודקה יותר, אם כי מגדילה את שטח הפנים של המטוס. מאפיין מטוסים קלים ובינוניים בעלי כנף גדולה או מטוסים דו-כנפיים מתקדמים.
כבלים מספקים תמיכה על ידי מתיחות ולכן דורשת חיזוק ואיזון משני הצדדים. במטוסים חד ודו כנפיים משכך ומוסיף יציבות למבני כנף קלים.
מטוס כנף קובייתית משתמש בקורות התמיכה בכנפיים כמשטחי מייצב כיוון. בדרך כלל אפיין מטוסים ודאונים דו-כנפיים כבדים מוקדמים מאד והיה בעל תמיכה ארבעה תאים.
כנף מעוגלת אמורה להקנות ביצועים דומים לכנף קובייתית, אבל הייתה בעייתית להרכבה ותמיכה. שימשה מעט דגמי מטוסים דו-כנפיים מוקדמים.
כנף צילינדרית הייתה אחת המועדפות במהלך ניסיונות לבניית מטוס בעל יכולת המראה ונחיתה אנכיים. כאשר הכנף גם תיחמה רוטור או מדחף. הכנף גם שימשה את הבסיס לכני הנסע הקטנים בחלקה האחורי, עליהם המטוס היה אמור לנחות. אף על פי שנבנו מטוסים לבחינת הקונספט, אף אחד מהם לא נכנס לייצור סדרתי.
שני זוגות כנפיים, אחת בהתקנה נמוכה והשנייה גבוהה המחוברות ביניהן. הכנף בעלת השפעות מוקטנות של מערבולות קצה כנף ויציבות רוחבית גבוהה יחסית. עם זאת המורכבות של המבנה של הכנף מגביל את שימושיותו. משמש מספר מצומצם של מטוסים קלים.
כנף טבעתית הייתה ניסיון מוקדם לבנות מטוס יציב סטטית, שלא שואף להתבדר ולצאת משליטה. מספר מצומצם של מטוסים נבנו על בסיס כנף זאת אבל נזנחו עקב מלחמת העולם הראשונה ובמהלכה יצרני המטוסים הצבאיים הצליחו לבנות מטוסים יציבים בעלי כנפיים סטנדרטיות שהיו פשוטות יותר לייצור.
כנף מעוינת בדומה לכנף טבעתית שאפה להקנות יציבות סטטית. אף על פי שנבנו מספר דגמים בעלי כנף זאת, הם מעולם לא עלו לאוויר.
כלי טיס מעל משקל מסוים דורשים כנף שמסוגלת לתמוך בטווח משקלים ומעטפת ביצועים רחבה. חומרים של כנף קשיחה כוללים החל מבדים מתוחים על מסגרות או קורות עץ דרך פח אלומיניום פלדת אל חלד וטיטניום וכלה בחומרים מרוכבים. כל אלה נוטים להיות כבדי ומשקל החומר הוא בין הגורמים המשפיעים על תכונות הכנף. למרות זאת מרבית הכנפיים כוללות רמת גמישות מסוימת בשביל לתמוך הן במשקל המטוס, הן במשקל הכנף ובתמרונים ותנאים אווירודינמיים שונים.
כנף גמישה מתאפיינת בשימוש בחומרים שלא מחוזקים או מתוחים ודורשים תמיכה ממסגרת קשיחה או זרימת אוויר בשביל לשמור על הצורה האווירודינמית. כנף גמישה בדרך כלל משמשת כלי טיס קלים מאוד.
צורת המבנה של הכנף
מנת ממדים
יחס בין מוטת הכנף לבין המיתר הממוצע הנקרא "מנת ממדים" הוא אחד הגורמים ההנדסיים המרכזיים המשפיעים על ביצועי הכנף וקובעים את כמות העילוי והגרר במהירויות שונות. בדרך כלל מנת ממדים משפיעה ישירות על עומס הכנף של המטוס.
מנת ממדים קטנה
מנת ממדים בינונית
מנת ממדים גבוהה
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
מנת ממדים קטנה מאפשרת גרר מזערי וביצועי טיפוס ותאוצה מיטביים במהירויות גבוהות וכן מאפשר קצב גלגול גבוהה מאוד. אך עם זאת, יוצר עומס כנף גבוה ועל כן ביצועי פנייה ומהירות נמוכה ירודים.
מרבית המטוסים משתמשים במנת ממדים בינונית בשל הביצועים של הכנף המגשרים בין הביצועים של כנפיים עם יחס נמוך ובין כנפים בעלי יחס גבוה.
כנף בעלת מנת ממדים גבוהה מקטינה מערבולות קצה כנף ועל ידי כך מצטיינת בגרר נמוך. הכנף מאפשרת ביצועים מיטביים במהירות נמוכה ומאפיינים כלי טיס שטסים גבוה ולאט או דאונים הטסים על זרמי האוויר בלבד ללא כוח מנוע. עם זאת מקנה קצב גלגול צנוע יחסית לשאר צורות הכנפיים ובעלת ביצועים ירודים במהירות גבוהה.
ברוב המטוסים המיתר לא קבוע לאורך הכנף בשל שככל שהכנף מתרחקת מהגוף ככה יותר קשה לשמור על זרימה סדירה בכל המהירויות. הפרופיל של הכנף בדרך כלל קטן ככל שמתרחקים מהגוף וכך גם אורך המיתר.
כנף מיתר קבוע
כנף שפידית
כנף שפידית-הפוכה
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
כנף שלא משנה את אורך המיתר היא הפשוטה ביותר לייצור והתקנה, אך היא גם מוסיפה משקל משמעותי בשל שהאוויר בקצה הכנף לא מייצר מספיק עילוי בשביל לפצות על רוחב הכנף.
כנף שפידית אופיינית למרבית כלי הטיס. היא מאפשרת יצירת עילוי מיטבית לאורך הכנף ובטווח מהירויות גדול.
כנף שפידית הפוכה באה לנסות ולפצות על התופעה בה קצוות הכנפיים מזדקרות ראשונות במהירות נמוכה בכנפיים משוכות. אבל המשקל הגבוה בקצוות הכנפיים שמחייב חיזוק הכנף ועיגונה בתוך הגוף הופכים את הצורה הזאת ללא כדאית. פרט למספר דגמי ניסוי, עיצוב זה לא בא לשימוש מעשי בתעופה.
הכנף מתאפיינת במיתר צר בשורש הכנף שהולך ומתרחב ואז השפידות מתהפכת והכנף הולכת ונהיית צרה. הכנף בדרך כלל מחוזקת על ידי סמוכה. כנף זאת מאפשרת ראות טובה יותר ומשמשת מטוסי תצפית.
כנף זאת מגשרת בין פשטות המבנה של כנף מיתר קבוע לביצועי כנף שפידית ומשמשת בדרך כלל מטוסים קלים.
כנף אליפטית תאורטית מקנה ביצועי מהירות ופנייה מיטביים במטוסים ישרי כנף אבל גם נחשבת לגאומטריית הכנף המורכבת ביותר לייצור. הכנף מתאפיינת בזווית משיכה ועיקול מתון בשפת ההתקפה והזרימה.
כנף חצי אליפטית מתאפיינת בעיקול רק בשפת הזרימה של הכנף. מציעה חלק מהיתרונות של הכנף האליפטית, אבל פשוטה יותר ליצור.
עם התקדמות בטכנולוגיות ההנעה - במיוחד במנועי בוכנה. המטוסים החלו להגיע למהירויות בהן הם החלו לחוות תופעות מעבר-מאך שהשפיעו לרעה על ביצועי המטוסים ישרי הכנף. מחקר גרמני שנתפס על ידי בעלות הברית בסוף מלחמת העולם השנייה הראו שכנפיים משוכות מאפשרות דחיית המהירות שבה מופיעות תופעות מעבר מאך שנקראת מספר מאך קריטי ואף להקטין את התופעות בצורה משמעותית. זה אפשר הגדלת מהירות השיוט של מטוסי סילון מגביהי טוס עד מעבר למאך 0.8 וכן מאפשרת מעבר מהירות הקול בצורה בטוחה יחסית.
כנף ישרה
כנף משוכה
כנף משוכה קדימה
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
כנף ישרה מקנה ביצועים טובים במהירות נמוכה שכן האוויר שנע לרוחבה משפיע פחות במהירויות אלה. כנפיים אלה אופיינית למטוסים מונעי מדחף או אלה המשייטים במהירויות של עד מאך 0.7.
כנף משוכה מקנה ביצועים טובים במהירויות גבוהות יחסית על ידי כך שהאוויר שהולך לרוחב הכנף ימשך אחורה ולא לצדדים, זה מאפשר נתון מאך קריטי (המהירות בה המטוס מתחיל לחוות תופעות מעבר מאך) גבוהה יותר.
כנף זאת מאפיינת את מרבית מטוסי הסילון המודרניים.
לעיתים כנף משוכה משולבת מסיבות יציבות בשביל להזיז את מרכז העילוי אחורה מעט.
כנפיים משוכות קדימה בעלות תכונות דומות לכנף משוכה אחורה - כלומר נתון מאך קריטי גבוהה וגרר יותר נמוך במהירות גבוהה. אבל מפני שקצות הכנפיים פוגשות את האוויר ראשונות, הכנף גם מזדקרת בצורה יותר אחידה ועל ידי כך זה מאפשר התקנת כנף בעלת מיתר צר יותר. עם זאת, בשביל לפצות על פרפור ועיוות הכנף בזוויות התקפה גבוהות, הכנף דורשת חיזוק מבני משמעותי שלעיתים גבוה מיתרונות שהכנף מקנה. נכון להיום אין מטוסים בעלי כנף זאת שהם בשימוש שהוא לא נסיוני או כמדגים טכנולוגי.
בשנות ה-50 המוקדמות כאשר מטוסים על קוליים נהיו יותר ויותר נפוצים, כנף דלתא הקנתה יתרונות הנדסיים וכן יתרונות בביצועים במהירויות גבוהות מול שאר תצורות הכנפיים. צורת המשולש הייתה פשוטה יותר ליצור וכן להתקנה ועגינה במטוס, כמו כן אפשרה פרופיל כנף דק יותר עם אותה קיבולת הדלק יחסית לכנפיים משוכות אחרות. עם זאת, הכנף חייבה תיבת כנף גדולה יותר, הייתה בעלת עומס כנף גבוהה וחייבה שטח פנים גדול בשביל להשיג את היציבות הנדרשת. כמו כן במהלך המראה הכנף לחצה על כני הנסע ועל ידי כך הגדילה את החיכוך ואת הבלייה על כני הנסע של המטוס.
הכנף מתאפיינת בשינוי בין חלקה הקדמי של הכנף לאחורי. ברוב המקרים זווית המשיכה מתמתנת לקראת חלקה האחורי בשביל לא להכניס את כל הכנף ללהפרעות מהחלק הקדמי של הכנף וכן לשפר ביצועים במהירויות נמוכות וזווית התקפה גבוהה.
בחלק ממטוסי הדלתא עם משטח קנראד הזווית הקדמית היא המתונה יותר בשביל שהכנף לא תכנס למערבולות מהקנראד.
הכנף מתאפיינת בשינוי חלק והדרגתי בכנף ודומה בדרך כלל לכוס יין. משולבת בשביל לשפר ביצועים במהירויות נמוכה וזוויות התקפה גבוהות.
כנף סהרית מתאפיינת בשתי דרגות משיכה לאורכה, כאשר החיצונית יותר מתונה מהפנימית. זה בא בניסיון לגשר על השאיפה ליצור את מספר המאך הקריטי גבוהה ככל הניתן ושליטה על הזרימה הצידית של האוויר האופיינית לכנפיים משוכות המשפיעות על היציבות שלהן.
הכנף דומה מאד לכנף דלתא ובעלת תכונות אווירודינמיות דומות, אם כי תפקידה היה להקנות ביצועים דומים לכנף דלתא עם מרכז עילוי קדמי ככל הניתן. שימש בגרסת ניסוי של מטוס ה-F-16 האל-יציב בלבד.
כנף M מוטה קדימה בשורשה ואז ההטייה מתהפכת להטייה אחורית. עיצוב זה בא להתגבר על תופעות עיקום אארואלסטי - עיקום הכנפיים במהלך תמרונים, מה שמשנה בפועל את זווית ההתקפה שלהם. אף על פי שהיה מחקר תאורטי בנושא, מעולם לא נבנה מטוס בעל כנף כזאת.
צורת כנף זאת הוצעה בעיצוב מפציץ בודד לקראת סוף מלחמת העולם השנייה שנדחה לטובת עיצוב אחר. התכונות שהכנף הייתה אמורה להקנות היו דומות לאלה של כנף M, אבל אפילו פחות מחקר הושקע בעיצוב זה.
מיעוט מטוסי כנף אסימטרית נבנו מעולם, וזאת בשל שהשימושיות של מבנה אסימטרי היא מוגבלת יחסית. המטוסים המבצעיים השתמשו ביחידה המרוחקת בגוף המטוס בשביל להקנות לו ראות מצוינת לכל הצדדים.
מנועי בוכנה מייצרים פיתול ששואף למשוך את המטוס נגד כיוון תנועת המדחף בדומה למסוקים. אחת השיטות לפיצוי על פיתול זה היא הארכת כנף אחת בשביל לפצות על הפיתול על ידי מומנט גלגול הפוך. פתרון זה לא היה פופולרי מפני שהוא מוסיף יותר גרר מפתרונות אחרים וכן מפני שפיצוי על הפיתול מתאים למהירות אחת בלבד. בכנפיים רגילות אותו ההישג מבוצע על ידי פחיות מווסתות בקצות הכנפיים ושאר הפיתול ניתן לתקן בקלות על ידי קיזוז.
כנף זאת הייתה פופולרית בשנים שלקראת ובחודשים הראשונים של מלחמת העולם הראשונה. עם זאת, הכנף אפיינה מטוסים חד כנפיים. מטוסים צבאיים מתקדמים יותר כללו כנפיים ישרות שהן פשוטות בהרבה לייצור.
כנף דמוית עטלף אפיינה הרבה מעיצובי הכנף בשלהי המאה ה-19 ומספר דאונים נבנו בהשראתם.[4]
כנף מעוגלת שואפת לבטל את תופעת מערבולות קצה כנף על ידי התקנת מנועי בוכנה בחלקים החיצוניים של הכנף המבטלים את המערבולות. הכנף נבחנה במהלך סוף שנות ה-40 ואף על פי שעיצוב זה הבטיח ביצועים מרשימים יחסית למטוסי בוכנה אחרים הופעת מטוסי סילון הפריכה כל עיניין בעיצוב.
כנף צלחת מעופפת מכונה על פי צורתה הדומה לכלי החוצני הבדיוני. עיקרה הייתה בנייה של מדחף או טורבינה במרכז כנף מעוגלת שיחדיו הבטיחו ביצועים יוצאי דופן במהירות וגובה. למרות הפוטנציאל שראו בתכנון, הכנף סובלת מבעיות יציבות חמורות ודורשת הנעה מתקדמת. כלל הפרויקטים שהשתמשו בעיצוב זה נזנחו עד תחילת שנות ה-60.
הפתרון הקונוונציונלי לניהוג בציר העלרוד כולל משטחי מייצב גובה הכוללת את ההגאים מאחורי מרכז המסה של כלי הטיס בזנב המטוס. אורך הזרוע קובע את המומנט שההגאים מייצרים ולכן זנב ארוך יותר יכלול גם משטחים קטנים יותר.
משטחי קנראד בדרך כלל לא משמשים כמשטחי ניהוג אלא כמשטח עזר המייצב ומצמיד זרימת אוויר לכנפי דלתא. עם זאת, ישנם מיעוט כלי טיס המשתמשים בקנראד כהגאי גובה באף.
כנפיים טוריות הן שני זוגות כנפיים כאשר זוג אחד נמצא באף המטוס והזוג השני בחלקו האחורי. הכנפיים ככלל אינן זהות, הן שונות בפרופיל הכנפיים, גודלן ואורכן. זוג אחד בדרך כלל משמש כמשטח העילוי העיקרי והזוג השני משפר את מיקום מרכז העילוי. במהלך השנים הראשנות של התעופה פתרון זה היה מועדף בניסיון להקניית יציבות לכלי הטיס. אם כי ישנם מטוסים מודרניים המשתמשים בסגנון הכנפיים הזה.
כנף תלת משטחית משתמשת הן בקנראד והן בהגאי גובה סטנדרטיים. בשנים המוקדמות של התעופה זה שימש להקניית יציבות לכלי הטיס. מטוסים מודרניים משתמשים בפתרונות אלו לשיפור ביצועים בזוויות התקפה גבוהות.
זנבות חיצוניים הכוללים את מייצבי הכיוון והגובה מותקנים על בומים בקצון הכנפיים ומשתמשים בפועל במערבולות קצה כנף בשביל פעולתם ומקטינים את הגרר הנוצר בגלל המערבולות בצורה משמעותית. נכון להיום כלי טיס חלליים בודדים משתמשים בהתקן זה.
מטוס חסר זנב בדרך כלל מאפיין כנפי דלתא. אבל בתצורת כנפיים סטנדרטית כלי הטיס יטה להיות לא יציב. עם זאת פתרון זה שימש מטוסים עלו על ידי זווית משיכה משמעותית שאפשרה יצירת מומנט עלרוד בקצוות האחוריים שלה.
הרבה גורמים בעיצוב כלי טיס משפיעים על היציבות שלו. הכנפיים מהוות חלק מהגורמים. הטיית הכנפיים מעלה או מטה משפיעות על יציבותם, ומקנות להם תכונות נוספות.
דיהדרל - הטיה מעלה
אנהדרל - הטיה מטה
דיהדרל בכנף אחת
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
הטייה מעלה אופיינית למרבית כלי הטיס ומוסיפה יציבות סטטית שכן הכנף העולה מוסיפה פחות עילוי יחסית לכנף הנמוכה ששואפת לעלות ולייצב בין הפרש בעילוי.
הטייה מטה מורידה יציבות סטטית שכן הגוף הכנף הגבוהה תחווה עילוי גדול יותר וטתה להחריף את הגלגול. בשל כך לעיתים משתמשים באנהדרל במטוסים יציבים מדי שמגיבים בכבדות לפקודת גלגול. כמו כן הטיית הכנף מטה משככת תופעת גלגול הולנדי ומפחיתה את השפעת הגאי הכיוון על הגלגול של המטוס.
במטוסים דו כנפיים לעיתים יבחרו להטות את שני זוגות הכנפיים, או רק זוג אחד בהתאם לדרישות היציבות.
כנף שחפית בעלת הטיה מעלה בשורשה שמתיישרת בשלב מסוים. משמש לשיפור הראות מתא הטייס ולעיתים משמש ככנף העליונה במטוסים דו כנפיים.
כנף שחפית הפוכה בעלת הטיה מטה בשורש הכנף והטייה מעלה אחריה. הכנף מאפשרת התקנת כני נסע קטנים יותר במטוסים בעלי מדחף תוך כדי שמירה על הפרדה רבה מהקרקע. אופיינית להתקנה נמוכה של הכנפיים.
כנף תעלית משתמשת באוויר מהיר ממדחפי המטוס בשביל ליצור אזור לחץ נמוך באזור של חצי עיגול שמהווה את הקימור העליון של כנף ועל ידי כך ליצור עילוי ללא קשר למהירות המטוס. כנף זאת מאפשרת ביצועי המראה ונחיתה מרשימים ואף תאורטית מסוגלת לגרום להמראה אנכית. עם זאת מטוסים בעלי כנף זאת מעולם לא נכנסו לייצור סדרתי.
הכנף המעופפת משלבת את גוף המטוס במבנה הכנף ועל ידי כך מייצרת עילוי לכל שטח הגוף. סוג כנף זה נחשב ללא יציב ודורש מערכות בקרה מתקדמות. אחת הנטיות היותר מסוכנות היא להתהפך בעלרוד במהלך הזדקרות. כמו כן המטוס בדרך כלל יהיה איטי בגלגול.
מבנה משולב משתמש במרכיבים מבניים כגון מנשק זוויתי המשתלבים עם הכנפיים. מבנה זה יוצר מטוס יציב יותר בציר האופקי, מגדיל את העילוי בכל משטרי הטיסה ובמיוחד במהירויות על קוליות וכן מקטין את תנועת מרכז העילוי במהירויות על קוליות, מה שמקנה ביצועי שיוט טובים יותר.
ללא כנפיים בדרך כלל גוף-עילוי בנוי בשביל להקנות עילוי במהירויות או זוויות התקפה גבהות יחסית. שימש למספר כלי טיס חלליים ניסיוניים.
עם גידול הביצועים של כלי הטיס הכנפיים שיוצרו לא יכלו לתת ביצועים מיטביים בכל משטרי הטיסה. אחד הפתרונות שניסו לגשר על כך כללו שינוי הגאומטריה של הכנף.
כנף משיכה משתנה
כנף לכסונית
כנף טלסקופית
כנף נפרשת
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
זווית משיכה משתנה הוא פתרון הגאומטריה המשתנה המפורסם ביותר. הוא מאפשר התאמת הכנף למשטרי טיסה שונים על ידי שינוי זווית המשיכה, כאשר זווית משיכה נמוכה אופיינית למהירויות נמוכות, והמשיכה גודלת ככל שהמהירות עולה. זה משפר את ביצועי המהירות הנמוכה של הכנפיים יחד עם הקניית ביצועי מהירות גבוהה מצוינים. עם זאת זה הופך את תיבת הכנף למכלול מורכב שדורש אחזקה מקיפה ותמידית.
בדומה לכנף זווית משיכה משתנה, כנף לכסונית שואפת להקנות ביצועים מיטביים בטווח רחב של מהירויות. הכנף סובבת כמקשה אחת סביב ציר אחד. עם היתרונות בביצועים, לכנף יש בעיות קשיחות וכן כוחות גזירה חזקים על הציר הראשי. כמו כן הקנף בעלת יכולת ניהוג בעייתית בגלגול ודורשת מערכת בקרה מורכבת ויקרה.
על ידי גידול במוטת הכנפיים כנף טלסקופית הקטינה את עומס הכנף. עם זאת זה לא אפשר לכלול דלק בכנפיים וחייב שימוש בכנף ישרה.
הכנף שימשה במטוסי ניסוי לבחינת יכולות שינוי ביצועי כלי הטיס בהתאם לדרישה וכן להמראה ונחיתה.
כנף נפרשת משתמשת ברכיבים גמישים שניתן למתוח אותם לאורך הכנף בשביל להגדיל את שטח הכנף בהמראה ונחיתה. שימש רק במספר מצומצם של מטוסי ניסוי. רכיבי שינוי קימור כנף אחרים אפשרו מבנה כנף קשיח ובטוח יותר.
אף על פי שכנפיים מתקפלות היו קיימות הרבה שנים במטוסים המותאמים לנושאות מטוסים - בשביל לחסוך במקום במהלך אחסנה. בהקשר של טיסה לא היו הרבה כלי טיס שהשתמשו בקיפול כנף בשביל שיפור הפרופיל האווירודינמי שלה. במהירויות מאך גבוהות כנפיים מתקפלות כלפי מטה היו לוכדות את גלי ההלם העל קוליים מאף המטוס ובעזרת זה מגדילים את העילוי, ללא הגדלה בשטח הכנף, כמו כן זה היה מגביל את תנועת מרכז העילוי במהירויות על קוליות בשל הקטנת שטח הכנף המעשי ומגדיל את היציבות האופקית בשל הוספת משטחים אנכיים.
עם התקדמות הטכנולוגיה, ואיתה שיפור בביצועי מהירות וגובה, הכנפיים הקיימות לא התאימו לתנאי מהירות נמוכה ונטו להזדקר במהירויות וזוויות התקפה בהן נחיתות והמראות לא היו בטוחות. בשל כך היה צורך בשינוי הפרופיל של הכנף לקראת שלבי טיסה אלה.
כנף הכוונה משתנה
כנף עקימון-משתנה
כנף עובי משתנה
מאפיינים
מאפיינים
מאפיינים
כנף הכוונה משתנה מאפשרת הגדלת זווית ההתקפה של הכנף ללא שינוי זווית האף של המטוס, בא לשימוש בעיקר בשביל לשפר את ביצועי ההמראה או הנחיתה. אף על פי שהמבנה לא מחייב התקנה גבוהה בתוך הגוף, אופן התקנה זה מועדף מכיוון שזה מפשט את תיבת הכנף. רק מטוס אחד בעל כנף זאת נכנס לייצור סדרתי.
מאפיין את מרבית כלי הטיס המשתמשים בהגאי עזר קונווציונליים כגון מדפי שפת התקפה ושפת זרימה. על ידי קימור משתנה של הכנף האמצעים הללו מאפשרים התאמת הכנפיים למהירות נמוכה יותר.
בדומה לשאר הפתרונות, עובי כנף משתנה מאפשר ביצועים טובים יותר במהלך המראה ונחיתה. אבל פרט למספר מטוסי ניסוי מוקדמים, לא היה שימוש בסוג כנף זה.
בדומה לפרופילי כנף משתנה, כנף פולימורפית שואפת לשפר את ביצועי המהירות ההמראה והנחיתה של המטוס על ידי שינוי מספר הכנפיים במהלך טיסה.
כנף פולימורפית
כנף נפרדת
מאפיינים
מאפיינים
כנף פולימורפית היא בדרך כלל כנף תחתונה המתקפלת לתוך חלל בתוך הכנף העליונה לאחר המראה, ונפרסת לקראת נחיתה. אופן התקנה זה תופס הרבה מקום הן בגוף המטוס והן בכנף ודורשת מכלול קיפול ופריסה מורכבים מאוד. שימש מספר קטן של מטוסי ניסוי מוקדמים.
כנף נפרדת שימושית רק בהמראה, שכן לאחר המראה הכנף העליונה מושלכת מהמטוס. שימש מספר קטן של מטוסי ניסוי.
מטוסים כוללים לעיתים משטחים אווירודינמיים נוספים בשביל לשפר את ההתנהגות, הביצועים או היציבות של כלי הטיס.
סנפיר - משטח אווירודינמי דק - בדרך כלל בעל צורה טרפזית עם בסיס ארוך בא לשפר תכונות יציבות.
משטח שפם - משטח מתקפל שמשמש כמשטח קנראד במהירויות נמוכות ומקטין את מהירות ההזדקרות. מתקפל בשביל לאפשר טיסה מהירה. שולב ב-טופולב Tu-144.
מנשק זוויתי - מרכיב מרכזי בגוף המשולב. מהווה הארכה אופקית של גוף המטוס. מגביר יציבות אופקית, מייצר מערבולות שימושיות בזויות התקפה גבוהות מקטין תנועת מרכז העילוי במהירויות על קוליות ומייצר עילוי נוסף.
כנפונים - הארכות אנכיות לכנפיים המקטינות את מערבולות קצה הכנף ואת הגרר הנובע מהן.
ערך מורחב – כנף דלתא
.jpg)
